CN103911635A - 一种电镀铜溶液 - Google Patents

Abstract

本发明属于半导体集成电路制造技术领域，具体为一种电镀铜溶液。该电镀铜溶液包括：硫酸铜、硫酸、氯离子、烷基丁二酸酯磺酸钠和磺酸盐类。其优点在于调高了电镀液的酸铜比，可以保证在纳米级的深孔中铜层应有的厚度；流动性更好，电镀铜的台阶覆盖能力得到了有效的提高，沟槽在纳米级铜填充后，没有空隙和裂缝等存在；电镀后的样品在后续器件的制备过程有很好的可靠性。

Description

一种电镀铜溶液

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种应用于集成电路后道工艺中的电镀铜溶液。

背景技术

随着超大规模集成电路（VLSI）和特大规模集成电路（ULSI）的发展，集成度不断提高，电路元件越来越密集，芯片互连成为影响芯片性能的关键因素。然而，由于电路系统的尺寸限制，VLSI和ULSI技术中互连线的尺寸缩小对加工能力提出了额外的要求。这种要求包括多层面、高深宽比结构特征的精确加工等。这些互连结构的可靠性对VLSI和ULSI的成功和电路密度的提高起着非常重要的作用。

随着电路密度增加，互连线的线宽、接触通孔大小及其他特征尺寸都将随之减小，然而，介电层的厚度却不能随之等比例的缩小，结果就是特征深宽比增大。其次，在集成电路后道工艺中，铜已经逐渐取代铝成为超大规模集成电路互连中的主流互连技术所用材料。在目前的芯片制造中， 芯片的布线和互连几乎全部是采用铜镀层。

铜具有比铝更低的电阻率（低约35%）和更高的抗电迁移能力（约为铝的2倍），且铜具有良好的导热性。这对于多层面的集成更高电路密度和电流密度的器件非常有利。铜可以通过电镀、喷镀、物理气相沉积和化学气相沉积生长在基片上。通常认为采用电镀形式的镶嵌工艺（大马士革工艺）是制备铜互连线的最佳方法。铜大马士革工艺通过电镀的形式，可以填充微纳米级的深孔，具有沉积速度快、成本低等特点。

然而随着集成电路技术的技术节点不断往前推进，对纳米级孔洞的填充要求越来越严格。例如，目前业界广泛应用的65-45nm互连技术，一般要求能够无缺陷地填充65-90nm直径的沟槽，深宽比要求达到2.3:1.

为此，各国的科学人员采取了多种方法来提高电镀铜的质量和效果。电镀时，使用的铜电镀液是决定电镀效果的关键之所在。所以，如何配比电镀铜溶液，满足对小尺寸、高密度、高精度产品的镀铜要求成为亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于集成电路互连技术中的新型电镀铜溶液，用以制备纳米级的电镀铜，可制造尺寸小，密度高，精度高的产品。

本发明提供的电镀铜溶液，其组分包括：

50-100g/L的硫酸铜；

120-170g/L的硫酸；

40-60ppm浓度的氯离子；

5-8g/L的烷基丁二酸酯磺酸钠；

5-8ppm浓度的磺酸盐类。

本发明中，所述烷基丁二酸酯磺酸钠为丁二酸二戊酯磺酸钠或丁二酸二己酯磺酸钠。

本发明中，所述磺酸盐类为聚二硫二丙烷磺酸钠或噻唑啉丙烷磺酸钠。

本发明中，所述烷基丁二酸酯磺酸钠优选含量为5-6g/L。

本发明中，所述磺酸盐类的优选浓度为5-6ppm。

本发明中，所述硫酸铜的优选含量为80-100g/L，硫酸的优选含量为150-170g/L，氯离子的优选浓度为40-50ppm。

发明的作用和效果

根据本发明提供的电镀铜溶液，因为具有50-100g/L的硫酸铜、120-170g/L的硫酸、40-60ppm浓度的氯离子的成分调高了电镀液的酸铜比，可以保证深孔中铜层应有的厚度。烷基丁二酸酯磺酸钠作为分散剂，有效地防止溶液粒子之间相互聚集，5-8g/L分散剂的含量使得电镀铜溶液的流动性更好，电镀铜的台阶覆盖能力得到了有效的提高，在纳米级的沟槽填充过程中，能够大大减少各种缺陷的产生，例如孔洞和缝隙，使得互连线的可靠性有很大的提高。磺酸盐类作为光亮剂去除产品表面的氧化物，增加产品表面的光泽度，5-8 ppm浓度的光亮剂使得电镀铜溶液的电镀获得的产品表面在后续过程中的有很好的平整性能，不仅美观，而且产品的连接特性更好，可以大大降低表面的粗糙度，减少后续化学机械抛光工艺的成本。

附图说明

图1为电镀铜的X射线衍射图。

图2为电镀后铜的表面形貌。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。

实施例1

电镀铜液的分配比如下：

硫酸铜：80 g/L

硫酸：150 g/L

氯离子浓度：40ppm

丁二酸二戊酯磺酸钠： 5g/L

聚二硫二丙烷磺酸钠：5ppm

按照上述的组分配置的电镀铜液，经过反复过滤，然后空气搅拌，在电镀过程中持续保持该电镀铜液的循环。

实施例2：

电镀铜液的分配比如下：

硫酸铜：90 g/L

硫酸：160 g/L

氯离子浓度：45ppm

丁二酸二戊酯磺酸钠： 5.5g/L

噻唑啉丙烷磺酸钠：5.5ppm

按照上述的组分配置的电镀铜液，经过反复过滤，然后空气搅拌，在电镀过程中持续保持该电镀铜液的循环。

实施例3：

电镀铜液的分配比如下：

硫酸铜：100 g/L

硫酸：170 g/L

氯离子浓度：50ppm

丁二酸二己酯磺酸钠：6g/L

噻唑啉丙烷磺酸钠：6ppm

按照上述的组分配置的电镀铜液，经过反复过滤，然后空气搅拌，在电镀过程中持续保持该电镀铜液的循环。

当然，本发明提供的电镀铜液可以在该配方的基础上添加其他辅助添加剂，只是对本发明的内容再优化，同样还是本发明所保护的范围内。

实验测试

使用本发明提供的电镀铜的镀液进行如下实验：

1、电镀液的配制

电镀铜液的分配比如下：

硫酸铜：80 g/L

硫酸：150 g/L

氯离子浓度：40ppm

丁二酸二戊酯磺酸钠： 5g/L

聚二硫二丙烷磺酸钠：5ppm

2、电镀液的老化

按照上述的组分配置的电镀铜液，经过反复过滤，然后空气搅拌，并进行6个小时的老化。

2、电镀实验

根据要求，选择不同的电流密度进行电镀实验，选择1.0A/dm²的电镀电流密度，在一个带有籽晶铜的平面光片进行电镀铜4分钟。

4、样品的测试

对电镀好的样品进行结构和形貌测试。图1给出了电镀铜的X射线衍射图，表面电镀铜的Cu(111)峰很强，而Cu(200)峰强度很弱，说明了有很好的电镀铜结构特性。

电镀后铜的表面形貌如图2所示，从图2中可以看出，Cu表面晶粒非常均匀。

Claims (6)

1. 一种电镀铜溶液，其特征在于，其组成为：

50-100g/L的硫酸铜；

120-170g/L的硫酸；

40-60ppm浓度的氯离子；

5-8g/L的烷基丁二酸酯磺酸钠；

5-8ppm浓度的磺酸盐类。

2. 根据权利要求1所述的电镀铜溶液，其特征在于所述烷基丁二酸酯磺酸钠为丁二酸二戊酯磺酸钠或丁二酸二己酯磺酸钠。

3. 根据权利要求1所述的电镀铜溶液，其特征在于所述磺酸盐类为聚二硫二丙烷磺酸钠或噻唑啉丙烷磺酸钠。

4. 根据权利要求1所述的电镀铜溶液，其特征在于所述烷基丁二酸酯磺酸钠含量为5-6g/L。

5. 根据权利要求1所述的电镀铜溶液，其特征在于所述磺酸盐类的浓度为5-6ppm。

6.根据权利要求1所述的电镀铜溶液，其特征在于所述硫酸铜的含量为80-100g/L，硫酸的含量为150-170g/L，氯离子的浓度为40-50ppm。